1. jautājums. Ar ko Incoloy Alloy 903 būtiski atšķiras no vairuma citu augstas temperatūras{2}}supersakausējumu, ko izmanto krāsnīs un turbīnās?
A: Incoloy Alloy 903 (UNS N19903) ir specializēta supersakausējuma dizaina nozare, kas pazīstama kā kontrolēts -izplešanās supersakausējums. Atšķirībā no tradicionālajiem supersakausējumiem, piemēram, Inconel 718 vai Waspaloy, kuriem prioritāte ir neapstrādāta izturība un oksidācijas izturība, Alloy 903 tika izstrādāts, lai atrisinātu īpašu mehānisku mīklu: saglabāt izturību, vienlaikus saskaņojot citu materiālu termiskās izplešanās īpašības.
Noteicošā iezīme - Zemais termiskās izplešanās koeficients (CTE):
903. sakausējumam ir neparasti zems un kontrolējams CTE, parasti aptuveni 7,0–8,0 μm/m· grādu (3,9–4,5 μin/in·° F) no istabas temperatūras līdz 425 grādiem (800 grādi F). Tas ir aptuveni puse no austenīta nerūsējošajiem tēraudiem, piemēram, 304 vai 316.
Kā tas tiek panākts?
Šis īpašums izriet no tās unikālās ķīmijas. Tas ir niķeļa-dzelzs-kobalta sakausējums ar ievērojamām niobija (Cb) un titāna piedevām. Tas satur ļoti zemu hroma saturu (parasti<0.5%). In most superalloys, Chromium is added for oxidation resistance. In Alloy 903, it is intentionally minimized because Chromium raises the CTE and disrupts the desired expansion behavior.
Lietojumprogrammas loģika:
Šī zemā izplešanās ļauj sakausējuma 903 komponentiem (piemēram, apvalkiem, apvalkiem un gredzeniem) izplesties un sarauties ar ātrumu, kas ir līdzīgs zemākas -izplešanās niķeļa- bāzes supersakausējumiem vai pat keramikas materiāliem, ko tie blīvē vai atbalsta. Tas saglabā stingrus attālumus rotējošās iekārtās, uzlabojot efektivitāti un novēršot asmeņu galu berzēšanu pret apvalku. Tas ir materiāls, kas paredzēts izmēru stabilitātei termiskā cikla laikā, nevis tikai neapstrādātai izturībai.
2. jautājums: AMS 5803 specifikācijā ir minēts "pārkausēts patērējamais elektrods" materiāls. Kāpēc šī īpašā kausēšanas prakse ir būtiska Incoloy 903 loksnēm un plāksnēm, kas paredzētas kosmosa krāsns komponentiem?
A. Prasība par patērējamo elektrodu pārkausēšanu -īpaši vakuuma loka pārkausēšanai (VAR) vai Electroflux pārkausēšanai (EFR), kā norādīts AMS 5803, nav tikai kvalitātes izvēles rūtiņa; tā ir pamatprasība materiāla veiktspējai un integritātei kritiskos rotācijas un blīvēšanas lietojumos.
Iemesls: ķīmijas kontrole un mikrostruktūras vienveidība
Stingra ķīmiskā kontrole: Alloy 903 unikālās zemas -izplešanās īpašības balstās uz precīzām niķeļa, kobalta un dzelzs proporcijām. Standarta gaisa kausēšana nevar sasniegt vajadzīgo viendabīgumu. Vakuuma kausēšana nodrošina, ka reaktīvie elementi, piemēram, titāns un niobijs (ir arī alumīnijs), tiek precīzi kontrolēti un nav piesārņoti ar tādām gāzēm kā skābeklis un slāpeklis.
Segregācijas novēršana: augsta{0} sakausējuma sistēmā, piemēram, N19903, elementu segregācija sacietēšanas laikā var izraisīt "joslu veidošanos" gala plāksnē vai loksnē. Ja materiāla joslai ir nedaudz atšķirīgs izplešanās koeficients nekā blakus esošajai, sastāvdaļa var neprognozējami deformēties vai deformēties termiskā cikla laikā krāsnī vai dzinējā. VAR rada viendabīgāku lietņu struktūru.
Nemetālu ieslēgumu samazināšana: plānām loksnēm (AMS 5803 īpašiem lietojumiem nosedz loksnes, kuru biezums ir līdz 0,001 collas), viens mikroskopisks ieslēgums var darboties kā spriedzes pacēlājs un noguruma atteices sākuma punkts. Pārkausēšanas procesā tiek uzlabota graudu struktūra un izpeldināti ieslēgumi, radot "tīrāku" materiālu, kas ir būtisks plānu -gage diafragmu, silfonu un blīvējumu uzticamībai.
Īsāk sakot, AMS 5803 norādīšana ar patērējamo elektrodu pārkausēšanas prasību garantē, ka plāksnei vai loksnei ir iekšējā tīrība un ķīmiskā viendabība, kas nepieciešama, lai uzticami veiktu tās izmēru stabilitātes funkciju.
3. jautājums: Dizainers apsver Incoloy 903 loksni krāsns deflektoram, kas darbojas 700 grādu (1300 °F). Pamatojoties uz tā metalurģiskajām īpašībām, vai tas ir drošs lietojums? Kādi ir šī sakausējuma raksturīgie ierobežojumi?
A: Incoloy 903 izvēle krāsns deflektoram pie 700 grādiem (1300 ° F), visticamāk, būtu ievērojama nepareiza metalurģijas izmantošana, kas varētu izraisīt ātru un katastrofālu atteici.
Galvenais ierobežojums: oksidācijas izturības trūkums
Kā minēts pirmajā ceturksnī, sakausējums 903 satur ļoti maz hroma (Cr). Hroms ir galvenais elements, kas nodrošina augstas -temperatūras oksidācijas izturību, veidojot aizsargājošu Cr₂O₃ skalu.
700 grādu temperatūrā gaisa (oksidējošā) atmosfērā sakausējuma 903 virsma ātri oksidēsies. Bez aizsargājoša hroma oksīda slāņa tas veido ne-aizsargājošu, plīstošu dzelzs-niķeļa oksīda nogulsnes. Materiāls "rūsēs" ar paātrinātu ātrumu, izraisot ātru sekcijas zudumu.
Citi būtiski ierobežojumi:
Augsts -temperatūras izturības kritums: lai gan sakausējumam 903 ir lieliska izturība vidējā temperatūrā (līdz ~650 grādiem) nokrišņu sacietēšanas dēļ (gamma prime, Ni₃(Al, Ti, Cb)), tā izturība strauji samazinās, temperatūrai tuvojoties 700 grādiem un augstāk. Tas nav paredzēts slodzes-izmantošanai šādā temperatūrā.
Sprieguma paātrināta graudu robežu oksidēšana (SAGBO): paredzētajā lietošanā kosmosa jomā (parasti zem 650 grādiem) sakausējums 903 var būt jutīgs pret SAGBO, kur skābeklis stiepes sprieguma ietekmē iekļūst graudu robežās, izraisot trauslumu. Pie 700 grādiem šis mehānisms tiktu paātrināts.
Pareizais pielietojums:
Sakausējums 903 ir paredzēts vidējai temperatūrai (līdz ~650 grādiem), augstas -stiprības lietojumiem, kur zema izplešanās ir kritiska un vide ir salīdzinoši inerta vai aizsargāta (piemēram, slēgtā dzinēja korpusā ar kontrolētu atmosfēru). Krāsns deflektoram, kas pakļauts āra gaisa iedarbībai 700 grādu temperatūrā, daudz piemērotāks būtu standarta augstas temperatūras sakausējums, piemēram, Inconel 600 vai 601, vai FeCrAl sakausējums.
Q4: Mēs izgatavojam sarežģītu apvalku no AMS 5803 loksnes, izmantojot gāzes volframa loka metināšanu (GTAW). Kāda ir šī sakausējuma unikālā metināmības problēma, un kāda īpaša pēc-metināšanas termiskā apstrāde (PWHT) ir nepieciešama?
A: Metināšana Incoloy 903 ir unikāla problēma, kas ir tieši saistīta ar tā kontrolēto izplešanās ķīmiju. Primārais risks ir deformācijas-novecošanās plaisāšana pēc-metināšanas termiskās apstrādes (PWHT).
Izaicinājums: spriedze{0}}vecuma plaisāšana
Mehānisms: sakausējums 903 tiek stiprināts, novecošanas laikā izgulsnējot gamma primāro [Ni₃(Al, Ti, Cb)]. Metināšanas procesā tiek izveidota siltuma -ietekmētā zona (HAZ), kas tiek pakļauta atlikušā stiepes sprieguma stāvoklī, tai atdziestot.
Problēma: kad metinātais mezgls tiek pakļauts PWHT (novecošanās ciklam), lai iegūtu pilnīgu parastā metāla stiprību, HAZ arī sāk izgulsnēt gamma pamatu. Šie nokrišņi izraisa HAZ nostiprināšanos un zaudē elastībukamērjoprojām pastāv metināšanas radītie atlikušie spriegumi. Ja spriegumi ir pietiekami lieli, tagad-trauslais HAZ saplaisās-tas ir deformācijas-vecums.
Risinājums: divu{0}}pakāpju PWHT stratēģija
Lai to mazinātu, nozares{0}}standarta pieeja AMS 5803 komponentiem ir:
Solis 1 - Šķīduma atkausēšana (stresa mazināšana) PIRMS novecošanas:
Pēc metināšanas mezglam jāveic šķīduma atkvēlināšanas apstrāde (parasti aptuveni 980 ° ± 15 grādi / 1800 °F ± 25 °F), kam seko ātra dzesēšana (rūdīšana).
Mērķis: Tas mazina lielāko daļu no metināšanas atlikušajiem spriegumiem un izšķīdina visus iespējamos nokrišņus, kas varētu būt radušies metināšanas laikā.
2 -. darbības nokrišņu sacietēšanas (novecošanās) cikls:
Tikai pēc spriedzes mazināšanas daļa tiek pakļauta novecošanas ciklam (parasti divpakāpju process aptuveni 720 grādi un 620 grādi / 1325 °F un 1150 °F).
Mērķis: tas attīsta nepieciešamās mehāniskās īpašības (stiepes un tecēšanas izturība) vidē, kurā nav -spriedzes vai zema{1}} spriedze.
Izlaist starpposma šķīduma atkvēlināšanu un pārejot tieši uz novecošanas ciklu, ir recepte detaļām, kas tiek nodotas lūžņos plaisāšanas dēļ.
5. jautājums. Inženieris pārskata mantoto dizainu, kurā norādīta AMS 5803 plāksne. Piegādes ķēde cenšas to iegūt. Kādi ir mūsdienu alternatīvie sakausējumi un kādi ir kompromisi, tos aizstājot?
A: Atrast tiešus AMS 5803/Alloy 903 aizstājējus ir grūti, jo tā zemas -izplešanās un lielas-izturības kombinācija ir diezgan specializēta. Tomēr atkarībā no precīzām lietojumprogrammas prasībām ir daži ceļi, un katrs ar ievērojamiem kompromisiem.
1. alternatīva: sakausējums 909 (UNS N19909/AMS 5892)
Mūsdienu pēctecis: Alloy 909 ir tieša 903 ķīmijas evolūcija. Tas tika īpaši izstrādāts, lai uzlabotu Alloy 903 SAGBO pretestību un robu stingrību, vienlaikus saglabājot zemās -izplešanās īpašības.
Izmaiņa-: lai gan tas piedāvā labāku izgatavojamību un izturību pret plaisāšanas mehānismiem, kas tika apspriesti 4. ceturksnī, tas nav-nomaiņa, nepārkvalificējot termiskās apstrādes ciklu. Bieži vien tā ir vēlamā izvēle jauniem dizainparaugiem, kuriem nepieciešama neliela izplešanās, bet, ja daļa ir kalta, kalšanas temperatūra ir kritiskāka.
2. alternatīva: sakausējums 718 (UNS N07718/AMS 5596)
Kopējais "Augstas{0}}spēka" aizstājējs:
Atlaide (izplešanās): sakausējumam 718 ir ievērojami augstāks termiskās izplešanās koeficients. Tā aizstāšana sabojātu klīrensa vadību, ko bija paredzēts nodrošināt sākotnējā 903 daļa. Turbīnas vai krāsns efektivitāte samazināsies, vai arī rastos mehāniski traucējumi (berzes).
Izmaiņas-(oksidācija): Pozitīvi ir tas, ka 718 satur ievērojamu daudzumu hroma, piedāvājot ievērojami labāku oksidācijas izturību salīdzinājumā ar 903.
3. alternatīva: Invar-tipa sakausējumi (piemēram, Ni36/UNS K93600)
Zemais{0}}paplašināšanas aizstājējs:
Izmaiņa (izturība): Invar CTE ir pat zemāka par 903 tuvu istabas temperatūrai, taču tas nav nokrišņos{2}}cietējams supersakausējums. Tas ir salīdzinoši mīksts, un tam trūkst 903. noturības augstā -temperatūras temperatūrā. Paaugstinātā temperatūrā tas slīd vai deformējas uzreiz zem slodzes.
Secinājums: ja 903 nav pieejams, sakausējums 909 ir loģiskākais metalurģijas aizstājējs. Ja arī 909 nav pieejams, dizains, visticamāk, ir jāpārvērtē{4}}. Aizstāšana ar standarta supersakausējumu, piemēram, 718, atrisinātu piegādes problēmu, bet izjauktu komponenta termiskās izplešanās funkcionalitāti.
